用于检测滚子轴承内载荷分布的方法和数据处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于检测滚子轴承内载荷分布的方法和数据处理装置，以及配备有这种数据处理装置的滚子轴承。
【背景技术】
[0002]出于多种目的，可靠检测滚子轴承内的载荷分布都很重要，这些目的包括控制轴承在其中工作的机器，改动和创建轴承的维护计划等。这尤其适用于在非常复杂的机器内工作的轴承，在这些复杂机器内必须避免轴承故障。对于大型滚子轴承而言，例如用于风力涡轮机的轴承，出于远程控制和监控目的，轴承载荷检测很有价值。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种方法和一种数据处理装置，能可靠检测作用在轴承的至少一个角范围上而非作用在所述范围内配备有应变传感器的圈上的载荷。
[0004]本发明从用于检测滚子轴承内载荷分布的方法开始，滚子轴承具有至少一列滚子和连接到第一圈的应变传感器。该第一圈构造为相对于第二圈旋转。
[0005]提出的方法包括以下步骤:检测从应变传感器中获得的滚子载荷诱导应变信号中的波峰高度和波峰位置；计算作用在所述第二圈的至少一个角度范围上的载荷，该计算利用落入所述角度范围内的若干波峰位置的波峰高度。包括连接有应变传感器的第一圈旋转扫过第二圈的圆周，且探测当这些滚子经过传感器时经由布置在第一圈和第二圈之间的滚子传递的载荷。当将波峰的位置和高度以及因经过的滚子而导致的信号映射到以第一圈为参照系的角位置时，可在随时间变化的若干点处探测载荷。在对应于角范围的扇区内的不同测量点处已完成了足够数量的波峰采样之后，在对应于测量时间的时间段内可靠检测作用在所述扇区上的载荷是可能的。
[0006]此处和下文中，表述“滚子”应包括任何类型的滚动体，特别是圆柱滚子、圆锥滚子或圆环滚子和球。本发明适用于包括单列轴承或双列轴承的多种轴承。
[0007]此外，提出了计算作用在第一角范围上的载荷的步骤，该步骤包括计算在该角范围内的波峰高度的中值。已经证明中值充分不受偶然检测到的较高或较低滚子载荷振幅的影响，这种较高或较低振幅可分别由增加或减少的间距导致，和/或在表面无线传感器(SffS)或便携无线传感器(PWS)与滚子产生斜交效应的情况下产生。
[0008]根据本发明的另一个方面，提出的方法包括输出数组的步骤，数组包含为第二圈的每个扇区计算得到的中值。
[0009]优选地，为覆盖第二圈完整圆周的若干同尺寸的扇区计算载荷数值。在本发明的优选实施例中，为每个45度的八个扇区计算载荷数值。
[0010]在本发明的优选实施例中，方法包括下列步骤:高通或带通过滤应变信号；确定已过滤的应变信号的零交点；将波峰位置确定为应变信号相邻零交点之间的中点；和利用波峰位置处的滚子载荷诱导应变信号确定波峰高度。本发明人已经发现采用这种方式确定波峰位置而不是将波峰位置确定为信号局部最大值的位置能带来更可靠的结果。可利用以如上定义的波峰位置为中心的信号的局部平均值来确定波峰高度。
[0011]此外，提出的方法还包括以下步骤:确定应变信号中波谷的波谷深度和波谷位置；将波峰高度和波谷深度分别与预定的阈值进行比较；和当波峰与它的相邻波峰之间的相关波峰高度和波谷深度低于各自的阈值时，在确定载荷分布的步骤中忽视该波峰高度。这通过确保波峰被足够深的波谷明显隔开来避免双波峰或者其他假象被错误地识别为因经过的滚子而导致的信号。
[0012]此外，提出的方法包括确定线性函数的斜率，所述线性函数连接零交点和跟随零交点的波峰的波峰高度；以及如果所述斜率达不到预定最小斜率，则出于确定载荷分布的目的舍弃所述波峰。另外，或者替代检查波峰与它的在前零交点之间的斜率，检查波峰与跟随所述波峰的零交点之间的斜率，和/或检查零交点与跟随零交点或在零交点之前的波谷之间的斜率当然都是可能的。
[0013]此外，提出的方法包括将滚子载荷诱导应变信号映射到与在第二(静态)圈的参照系下的角位置有关的角度依赖信号的步骤。已经证实在滚道的长度单位上使用角位置而不是绝对位置能避免混淆和错误。
[0014]本发明的另一个方面涉及数据处理装置，其包括用于接收滚子载荷诱导应变信号的至少一个界面，其中所述数据处理装置实施上述方法。优选地，数据处理装置配备有无线发射器，无线发射器构造为与滚子轴承连接，以致滚子载荷能以无线的方式发送。
[0015]本发明的另一个方面涉及滚子轴承，其配备有用于捕获滚子载荷诱导应变信号的一个应变传感器和上述数据处理装置。
[0016]本发明的上述实施例以及后附权利要求书和附图以特定的组合方式显示了本发明的多个特性特征。本领域技术人员很容易能想到这些特征的更多组合或子组合，以便改动权利要求书中限定的本发明来满足他或她的特定需求。
【附图说明】
[0017]图1是滚子轴承和根据本发明的数据处理装置的示意图，该滚子轴承包括用于测量因经过的滚子而产生应变的应变传感器，滚子布置在保持架内；
[0018]图2a_2b是根据本发明的方法将要解释的可能应变信号的示意图；
[0019]图3a_3b是显示根据本发明的方法将要解释的可能应变信号的另一个示意图；
[0020]图4a_4b是显示根据本发明的方法将要解释的可能应变信号的另一个示意图；
[0021]图5是显示应变信号的示意图，其中一些零交点和波峰被突出显示；
[0022]图6a_6b是显示波峰中心振幅和根据该波峰中心振幅推导得到的滚子间距的图；
[0023]图7显示用于舍弃不可靠波峰信号的另一个方法；
[0024]图8是根据本发明的方法的第一部分的流程图，其中判定是否实施滚子间距的确定;
[0025]图9是根据本发明的滚子间距算法的流程图；
[0026]图10是根据本发明的载荷分布算法的流程图；
[0027]图11是数据图，其显示波峰高度和在把波峰位置映射到从0-360度的轴角度范围后从一个RLIS数据样本提取的波峰位置。
[0028]图12是显示根据图11所示数据推导得到的每个扇区波峰高度中值的圆形图。
【具体实施方式】
[0029]图1示意性显示包括布置在6个保持架12内的24个滚子10的滚子轴承，其中每个保持架12支承4个滚子10。应变传感器14连接到或嵌入到轴承的内圈，且连接到形成为微控制器的数据处理装置16的输入端。
[0030]本发明适用于具有多个传感器的结构，尤其是内圈上布置有三个或四个传感器，本发明也适用于传感器14安装在外圈上的应用。
[0031]微控制器构造为驱动安装在同一电子组件内的无线发射器。优选地，该电子组件包括用于从轴承的旋转中生成功率的功率获取装置(未图示)。
[0032]轴承的6个保持架12如此设计，以便在每对相邻保持架12之间设置有预定的间距或间隙20。间隙20的分布会经历动态变化，这种动态变化取决于摩擦、载荷、振动或其他参数。如果间隙20平均分布，即当每对相邻保持架12之间的间隙具有相等的宽度时，每对相邻滚子10之间的间距同样相等，且对应于名义间距，也即，滚子10均匀分布在内圈的圆周上。
[0033]在保持架12如此分布以致仅有一个大间隙20、同时其他间隙因保持架12彼此接触而闭合的情况下，大间隙20左侧和右侧的滚子10之间的滚子间距大于名义间距，同时由彼此接触的不同保持架12支承的相邻滚子10之间的滚子间距小于名义间距。对于没有损坏、健康的保持架12的情况而言，后者极端情况下的间距是最小间距和最大间距。高于或低于这些数值的间距出现指示保持架损坏或者滚子损坏或丢失。
[0034]根据本发明的一个方面，出于检查保持架12完整性的目的检测间距，即相邻滚子10的中心之间的距离。
[0035]但是，出现非常大或非常小的间距是存在损坏的保持架12的充分但非必要条件。即使保持架12已损坏，滚子10仍偶然以完美均匀的方式分布。
[0036]应变传感器14构造为测量由经过的滚子10诱发的应变。应变传感器14生成的信号在此处和下文中被称作滚子载荷诱导应变信号或RLIS信号。该信号基本具有两个特征时段或频率，一个时段对应于经过传感器的滚子10之间的延迟，另一个时段对应于时间间隔，在该时间间隔内同列内的所有滚子，也即滚子和保持架部分构成的完整队列，将经过传感器14。后述时间间隔也被称作基本列时段。这两个时段或相关频率取决于传感器14安装在外圈还是内圈上。
[0037]为了可靠检测保持架的完整性，必须具有一个覆盖保持架12相对于内圈多个旋转周期的信号。因为保持架12以外圈大致一半的速度旋转，这意味着在用于检查保持架完整性的滚子间距算法中使用的信号样本应包括大约6个或更多的轴旋转。
[0038]图2a_2b示意性显示根据本发明的方法将要解释的可能应变信号。
[0039]图2a中最上面的图像显示信号振幅可随着显著的载荷变动而变化。
[0040]图2b显示在箭头所示位置具有一个累积余隙AC或间隙的示例。两个连续信号波峰之间的间距宽于其他波峰之间的间距。
[0041]在图2a_2b以及后面显示传感器信号的附图中，利用带通高通滤波器对信号进行预处理，滤除直流(DC)偏移和远低于滚子通过频率的频率分量。带通滤波器应尽可能窄，以避免失真，但同时要宽到足够包括滚子通过频率和至少它的一些谐波。对本发明来说这是非常重要的一个点，因为这确保了信号在零点附近以差不多对称的方式振荡。此外，在图2a-2b以及后面附图中的水平坐标轴是旋转角度，垂直坐标轴代表任意单位下的信号强度。
[0042]图3a_3b是进一步的示意图，显示根据本发明的方法将要解释的可能应变信号。
[0043]图3a的信号显示因滚子丢失导致的大间距LSl和一些自然出现的较大间距LS2。
[0044]图3b显示非常嘈杂的信号，其中仍然能观